Kĩ thuật in dấu phân tửra đời từnăm 1949, khi Dickey nghiên cứu về sự trùng hợp của natri silicat với trong bốn loại hợp chất hữu cơ khác nhau là methyl, ethyl, n- propyl và n-butyl. Hóa chất sau đó đã được loại bỏ, và trong các thí nghiệm tái liên kết đã cho thấy rằng silica được chuẩn bị từtrước đều tái liên kết với khuôn in các phân tử trong từng loại hóa chất khác nhau [43]. Ngay sau khi công trình này được công bố rộng rãi, nhận thấy tiềm năng phát triển của một công nghệ mới, một số nhóm đã nghiên cứu các chất hấp phụ dựa trên phương pháp của Dickey và bước đầu định hình xu hướng phát triển các công nghệ sinh hóa mới.
Cho đến ngày nay, tùy theo loại liên kết hóa học giữa chất cần phân tích và các monomer, người ta đã chia thành 3 kỹ thuật để tổng hợp MIP, đó là MIP dựa trên liên kết cộng hóa trị, MIP dựa trên liên kết không cộng hóa trị và MIP kết hợp đồng thời cảhai phương pháp trên. Tiếp bước những nghiên cứu của Dickey, đến năm 1972 lần đầu tiên kỹ thuật MIP dựa trên các liên kết cộng hóa trị đã được giới thiệu và mô tả bởi Wulff và các cộng sự của ông [44], [45].Trong nghiên cứu này, một liên kết cộng hóa trị có thể tách rời để liên kết các phân tử chất cần phân tích với các monomer chức năng, các phân tử cần phân tích được xác định là các mẫu đường cis-diol thông
16
qua este boronate vinyl nối với các monomer chức năng. Sau khi trùng hợp polyme, các liên kết cộng hóa trị sẽ bị phá vỡ giải phóng đường cis-diol ra khỏi polyme bằng phương pháp thủy phân cung cấp các khuôn in, trong quá trình tái liên kết các phân tử đường liên kết lại với các vị trí trống trên khuôn in thông qua cùng một liên kết cộng hóa trị và cho thấy độ dặc hiệu cao [45], [46], [47]-[49]. Sau 8 năm kể từ ngày Wulff và các cộng sự chế tạo thành công polyme in dấu phân tử dựa trên liên kết cộng hóa trị, vào năm 1980 Mosbach và các đồng nghiệp đã thành công trong việc sử dụng các tương tác không cộng hóa trịđể in dấu các phân tử trong các polyme hữu cơ [50]. Với cách tiếp cận này, Mosbach đã sử dụng các tương tác không cộng hóa trị để ổn định liên kết giữa các monomer chức năng với phân tử mẫu thông qua liên kết chéo, về sau kĩ thuật này thường được gọi là kĩ thuật tạo mẫu tự gắn kết (self-assembly). Việc tách các phân tử mẫu để tạo khuôn in và tái liên kết của mẫu với khuôn in cũng được thực hiện giống như đối với kĩ thuật sử dụng tương tác cộng hóa trị. Ưu điểm của cách tiếp cận không cộng hóa trị là sựđa dạng và sẵn có các monomer chức năng có thểđược sử dụng, quá trình tổng hợp cũng ít phức tạp hơn so với cách tiếp cận sử dụng liên kết cộng hóa trị. Chính điều này đã đưa MIP sử dụng tương tác không cộng hóa trị trở thành kỹ thuật chính của phương pháp in dấu phân tử [44], [46]. Sau thành công trong việc nghiên cứu ra MIP sử dụng tương tác không cộng hóa trị của Mosbach, đến năm 1995 Whitcome cùng các đồng nghiệp đã tìm ra một cách tiếp cận mới để chế tạo ra polyme in dấu phân tử bán cộng hóa trị (semi-covalent) [51]. Trong nghiên cứu này, Whitcome đã sử dụng liên cộng hóa trị để in các phân tử mẫu vào mạng polyme trong quá trình trùng hợp, nhưng điều đặc biệt là việc tái liên kết các phân tử mẫu với khuôn in lại thông qua tương tác không cộng hóa trị. Nhìn chung, cách tiếp cận thông qua liên kết cộng hóa trị và bán cộng hóa trịđòi hỏi nhiều hơn về kĩ năng tổng hợp mặc dù nó hứa hẹn mạng lưới khuôn in sẽ cho khảnăng nhận biết tốt hơn so với cách tiếp cận bằng phương pháp không cộng hóa trị. Trong thực tế, độ chọn lọc, ái lực liên kết và giới hạn nhận biết của MIP bịảnh hưởng không chỉ bởi vì sựổn định của liên kết giữa phân tử mẫu và màng polyme, vì vậy việc cải thiện hiệu suất của MIP thu được bằng cách sử dụng các tương tác cộng hóa trị và bán cộng hóa trị vẫn còn nhiều điều phải bàn luận thêm [46], [51].
Dựa trên 3 kỹ thuật chế tạo polyme in dấu phân tửđề cập ở trên, ngày nay trên thế giới đã định hình hai xu thế phát triển công nghệMIP, đó là chế tạo MIP dạng hạt nano dựa trên liên kết cộng hóa trị và MIP dạng màng nano dựa trên các tương tác không cộng hóa trị. Trong thời gian đầu do công nghệchưa phát triển, MIP dạng hạt được chế tạo theo phương pháp cũ cho kích thước lớn và không đồng đều, vì vậy để có thể sử dụng cho một số nghiên cứu các hạt MIP buộc phải trải qua quá trình sàng lọc để thu được các hạt với kích cỡ mong muốn từ 5-10µm. Quy trình chế tạo phức tạp và khó khăn nên việc chế tạo MIP dạng hạt rất tốn thời gian và hóa chất. Hơn nữa, các hạt MIP được chế tạo với kích thước không đồng đều nên các khuôn in có kích thước không đồng nhất, và để tạo ra được các tương tác có ái lực mạnh cần phải có rất nhiều các phân tử mẫu. Chính vì thế, các nhà khoa học luôn tập trung nghiên cứu với mong muốn chế tạo thành công MIP dạng hạt nano để cải thiện nhược điểm kể trên. Với cấu trúc
17
nano, MIP dạng hạt nano sẽ cho tỉ lệ giữa diện tích bề mặt với thể tích của hạt lớn hơn rất nhiều so với MIP dạng hạt có kích thước lớn, chính vì vậy các phân tử mẫu có thể dễ dàng xâm nhập vào các khuôn chọn lọc cũng như cải thiện được khảnăng tái liên kết của các phân tử mẫu với khuôn in. Để có thểứng dụng vào các nghiên cứu, các hạt MIP buộc phải phân tán trong các dung dịch, đây cũng chính là một ưu thế của MIP dạng hạt nano. Các hạt nano MIP dễ dàng phân tán trong dung dịch hơn nên có thể sử dụng trong rất nhiều các ứng dụng như phân tích, dẫn thuốc, thay thế một số thụ thể sinh học như enzyme hay kháng thể trong cảm biến. Tuy nhiên việc chế tạo hạt nano MIP rất khó khăn, phụ thuộc vào nhiều yếu tố nên MIP dạng hạt nano ít được sử dụng hơn. Mặc dù vậy, ái lực liên kết của các hạt nano MIP rất lớn dẫn đến độđặc hiệu cao với các chất cần phân tích nên MIP dạng hạt nano vẫn được ưu tiên trong các nghiên cứu yêu cầu độ chính xác cao.
Kỹ thuật phổ biến hơn thường được nghiên cứu đó là kỹ thuật tạo màng nano MIP do quy trình đơn giản và nhanh chóng. Trong kỹ thuật này, cách tiếp cận tự lắp ráp là phương pháp phổ biến nhất để chế tạo màng MIP. Màng MIP hai chiều chế tạo theo phương pháp này có quy trình chế tạo đơn giản, linh hoạt, có thể sử dụng đa dạng các loại monomer khác nhau và có khảnăng biến tính trên nhiều loại nền điện cực cũng như ứng dụng trong nhiều cảm biến sinh hóa.
Nhìn chung, tùy thuộc vào mục đích nghiên cứu mà chúng ta lựa chọn các phương pháp tiếp cận phù hợp để chế tạo MIP với các phép đo tương ứng. Các nghiên cứu về công nghệ chế tạo MIP vẫn đang được tiến hành và hứa hẹn nhiều triển vọng phát triển hơn nữa trong tương lai.